Kräfte. Magnetismus. Experimentierwerkstatt. Holzinger Andrea, Pädagogische Hochschule Kärnten 2014/15

Transkript

1 Kräfte Magnetismus Experimentierwerkstatt Holzinger Andrea, Pädagogische Hochschule Kärnten 2014/15

2 Detektivgeschichte mit Olga Unsichtbare Kräfte im Museum Im Museum der Stadt herrscht großes Chaos! Direktor Grummel fuchtelt aufgeregt mit seinen Armen umher, Frau Kreiner, die Frau an der Kassa, telefoniert mit der Polizei und die Putzfrau steht in ratlos in der Ecke. Was bisher geschah: Es war ein Tag, wie jeder andere. Um neun Uhr morgens öffnete der Museumsdirektor pünktlich wie immer und gut gelaunt das Eingangstor. Frau Kreiner saß bereits an der Kassa und erwartete die ersten Besucher. Auch zahlreiche Familien kamen an diesem Tag mit ihren Kindern ins Museum. Es war Wochenende und schulfrei. Weil im Museum gerade eine Sonderausstellung über Figuren der Eisenzeit lief, war der Andrang besonders groß Besucher und Besucherinnen wurden an diesem Tag gezählt. Direktor Grummel war ehr zufrieden und ging wie jeden Tag nach Schluss durch die einzelnen Räume, um nach dem Rechten zu sehen. Die Putzfrau reinigte die langen Gänge und leerte gerade einen Abfalleimer in den großen Müllsack, als sie aus dem oberen Stockwerk einen lauten Schrei hörte. Der Stimme nach handelte es sich um Herrn Grummel. Eilig lief sie die Treppe hinauf und fand Direktor Grummel händeringend und nach Luft schnappend vor dem hohen Glaszylinder, in dem eine kostbarste Figur ausgestellt war. Nun war der Zylinder leer! Die Putzfrau reagierte blitzschnell und lief zur Kassafrau in das untere Stockwerk, damit diese die Polizei rief. Nach wenigen Minuten fuhren zwei Polizeiautos mit lautem Tatütata vor dem Haupteingang vor. Voll bewaffnet sprangen die Polizisten aus den Fahrzeugen und stürmten das Gebäude. Am Tatort sicherten sie alle möglichen Spuren, nahmen Fingerabdrücke vom Glaszylinder und befragten Herrn Grummel, die Kassafrau und die Putzfrau. Leider konnten sie der Polizei keinen wichtigen Hinweis geben. Ihnen war an dem Tag nur ein junger Mann mit Stock aufgefallen, der anscheinend eine Verletzung am Bein hatte. Direktor Kreiner war ratlos. Wie konnte es der Dieb oder die Diebin schaffen, die schwere Figur aus dem hohen Glaszylinder zu stehlen, ohne diesen zu beschädigen oder den Alarm auszulösen??? Die Polizei kann trotz langer Untersuchungen den Diebstahl im Museum nicht aufklären. Da hat Direktor Grummel eine Idee! Er ruft seine alte Studienkollegin Olga an. Sie leitet ein Detektivbüro und löst die schwierigsten Fälle erfolgreicher als die Polizei. Auch diesmal weiß sie bereits nach kurzer Besichtigung des Tatorts und Beschreibung der Eisenfigur, wie der Dieb oder die Diebin vorgegangen sein musste. Was hat Olga wohl herausgefunden? Und warum ist das für Direktor Grummel wichtig? Magnetismus

3 Was ist ein Magnet? Ein eisenanziehender Körper nach Lukrez hat der Stein seinen Namen nach der thessalischen Landschaft Magnesia bekommen, wo ihn die Griechen zuerst gefunden haben sollen; nach Plinius hat ihn ein Hirte namens Magnes entdeckt, als er auf dem Ida bei Troja mit den eisernen Nägeln seiner Schuhsohlen und mit der eisernen Spitze seines Hirtenstabes daran hängen blieb. [ ] Vor über 2500 Jahren machten Menschen in Griechenland und China eine merkwürdige Entdeckung. Sie beobachteten, dass bestimmte Steine eine Anziehungskraft auf Gegenstände aus Eisen ausübten. Man nannte diese Steine Magnete. Ihre Kraft war sogar im Abstand von einigen Zentimetern und durch andere Stoffe hindurch wirksam. Ein Magnet zieht Gegenstände aus Eisen an, weil Eisen selbst magnetisch ist. Eisen ist ein Mineral, das aus ganz vielen einzelnen Teilchen, sogenannten Atomen aufgebaut ist. Diese Teilchen sind ganz dicht und im Normalfall unregelmäßig angeordnet. Erst wenn ein Magnet in ihre Nähe kommt, ordnen sie sich und weisen in die gleiche Richtung. (nach Tessloffs superschlaues Antwortbuch, 92,93) Das verstärkt ihre Anziehungskraft und macht den Gegenstand für kurze Zeit selbst zu einem Magneten. Magnetismus ist ein natürliches physikalisches Phänomen. Es äußert sich darin, dass zwischen einem Magneten und einem magnetisierbaren Gegenstand Kräfte wirken. Die Kraft wird dabei über ein Magnetfeld auf den Gegenstand übertragen. Die magnetischen Feldlinien des Magnetfelds übertragen die Kraft auf den magnetisierbaren Gegenstand. Die Kraft die dabei wirkt, nennt man Lorentzkraft. Ein Magnet hat immer zwei Pole, einen Nordpol und einen Südpol. An den Polen ist die magnetische Kraft am stärksten. Die magnetischen Feldlinien des Magnetfeldes bewegen sich vom Nordpol zum Südpol. Dabei ziehen sich ungleiche Pole an, gleiche Pole stoßen sich ab. Mit Eisenfeilspänen lässt sich das Magnetfeld sichtbar machen. Kommt ein magnetisierbarer Gegenstand in ein Magnetfeld, wird er magnetisiert und dadurch vom Magneten angezogen. Es werden aber nur Dinge angezogen, die selbst zum Magneten werden können. Der Erdmagnetismus Auch die Erdkugel ist von einem Magnetfeld umgeben. Sie verhält sich so, als ob in der Erde ein riesiger Stabmagnet mit einem magnetischen Nordpol und Südpol wäre. Allerdings befindet sich der magnetische Nordpol, geografisch in der Nähe des Südpols, der magnetische Südpol hingegen befindet sich geografisch in der Nähe des Nordpols der Erdkugel. Alle frei beweglichen Magnete richten sich auf der Erde deshalb nach diesen Polen aus (siehe Experimente 1,2).

4 Experiment 1: Der Kompass 1 Stabmagnet dünner Faden Klebeband 1. Befestige den Stabmagneten mit Hilfe eines Fadens und Klebebandes freischwebend an einer Tischkante! 2. Mache den Versuch an mehreren Stellen im Raum! Was kannst du beobachten? Experiment 2: Der Kompass 1 breiter, flacher Behälter mit Wasser 1 Stabmagnet 1 flache Platte aus Kunststoff oder Styropor 1. Lege die Platte so auf die Wasseroberfläche, dass sie ohne den Rand zu berühren, in der Mitte des Behälters schwimmt! 2. Lege den Magneten nun vorsichtig auf die Platte und warte, was geschieht! Wiederhole den Versuch mehrmals!

5 Experiment 3: Unsichtbare Kräfte Behälter mit Sand Kleine Dinge aus verschiedenen Materialien (Holz, Eisen, Styropor) 1. Vergrabe die Dinge im Sand, so dass sie nicht mehr zu sehen sind! 2. Versuche möglichst viele Dinge aus dem Sand herauszuholen, ohne den Sand oder den Behälter zu berühren! Was fällt dir dabei auf? 1 Unterlage Versuchsprotokoll Experiment 4: Unsichtbare Kräfte 1. Lege einen Magneten auf die Unterlage und versuche ihn mit Hilfe eines zweiten Magneten zu bewegen! 2. Probiere unterschiedliche Möglichkeiten aus! Was beobachtest du? Wie erklärst du dir das? 3. Ein Magnet übt eine unsichtbare Kraft aus. Zeichne auf, wie du dir die magnetische Kraft vorstellst.

6 Experiment 5: Unsichtbare Kräfte 1 Unterlage Box aus Karton oder Kunststoff mit Deckel Kleine Gegenstände aus Eisen (Büroklammern, Nägel, Schrauben) 1. Gib alle Eisenteile in die Box! 2. Versuche mit Hilfe der magnetischen Kraft möglichst viele davon auf einmal aus der Box zu ziehen! 2. Verschließe die Box und halte einen Magneten dicht über den Deckel! Was geschieht, wenn du den Deckel vorsichtig hochhebst? Probiere unterschiedliche Magnetformen aus! Experiment 6: Unsichtbare Kräfte 1 Stabmagnet 1 Unterlage 1 langer Nagel Gegenstände aus Eisen (Büroklammern, Nägel) 1. Streiche mindestens 20 Mal in derselben Richtung mit dem Magneten über den langen Nagel! 2. Was glaubst du geschieht, wenn du den Nagel an eine Büroklammer hältst?

7 Experiment 7: Der Kompass 1 breiter, flacher Behälter mit Wasser 1 Stabmagnet 1 Nagel 1 flache Platte aus Kunststoff oder Styropor 1. Lege die Platte so auf die Wasseroberfläche, dass sie ohne den Rand zu berühren, in der Mitte des Behälters schwimmt! 2. Magnetisiere den Nagel, indem du mit dem Magneten mindestens 20 Mal in gleicher Richtung darüberstreichst! 3. Gib den Nagel vorsichtig auf die Scheibe und beobachte, was geschieht! Experiment 8: Das Magnetfeld 1 halbierte Hohlkugel aus Kunststoff oder Styropor Eisenfeilspäne Unterlage 1 Magnet 1 Kompass 1. Lege den Magnet unter die halbierte Kugel und streue die Eisenspäne über die Kugel! Was beobachtest du? 2. Halte den Kompass über die Kugel! Wie richtet sich die Kompassnadel aus?

8 Experiment 9: Das Magnetfeld Stabmagnet Eisenfeilspäne durchsichtige Platte (feste Klarsichthülle) 1. Streue die Eisenspäne auf die Platte und bewege den Magneten dicht unterhalb an der Platte entlang! Beobachte die Muster die, sich bilden! 2. Du kannst die Eisenspäne auch in eine Klarsichthülle geben, um das Magnetfeld sichtbar zu machen! Experiment 10: Magnetische Kraft Beutel mit verschiedenen Gegenständen aus Kunststoff, Holz, Glas, Eisen, Tabletts 1. Zieht nacheinander einen Gegenstand und legt ihn auf ein Tablett! Dabei soll eine Ordnung entstehen. Begründet eure Entscheidung! 2. Überlegt, welche Gegenstände magnetisch sind und überprüfe es!

9 Experiment 11: Magnetische Kraft Büroklammern oder kleine Nägel Unterlage 1. Schätze, wie viele Klammern oder Nägel du mit einem Magneten hochheben kannst und überprüfe deine Überlegung! 2. Probiere die unterschiedlichen Formen aus! Welcher Magnet hat die größte Kraft? 1 Büroklammer Malstifte 1 Tablett 1 Blatt Papier Experiment 12: Magnetische Kraft 1 1. Zeichne auf das Papier eine Rennstrecke mit Start und Ziel! 2. Lege die Büroklammer auf den Start und bewege sie mit dem Magneten ins Ziel! Steigere langsam die Geschwindigkeit! Experiment 13: Magnetische Kraft 2

10 1 Behälter mit Wasser 1 Deckel aus Kunststoff Nägel 1 Magnet 1. Gib einige Nägel in den Deckel und setzte diesen auf die Wasseroberfläche! Steuere das Fahrzeug ohne es zu berühren am Rand des Behälters entlang! Versuche mehrmals seine Richtung zu ändern! Dieses Dokument steht unter der Lizenz CC- BY- SA- 3.0, Holzinger Andrea